遷移金属酸化物強誘電体中の電荷秩序と自由電子の結合による物性の解明

阐明过渡金属氧化物铁电体中电荷顺序和自由电子耦合的物理性质

• 批准号: 14038235
• 负责人: 渡部 行男
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14038235/
• 关键词: 遷移金属酸化物; 強誘電体; ナノ; 表面

本研究の目的は、高絶縁性の強誘電体極表面上に、本質的に存在する(=不純物等でなく強誘電体表面に固有)電子相を確定することである。このため、強誘電体(BaTiO_3)の原子的に制御された表面の基本的特性(=伝導特性)を超高真空中等の多様な雰囲気で測定する。まず、BaTiO_3表面に1格子ステップ(=最表面の格子まで結晶性を保つこと示す)を観察し、その表面に当該の電子層の存在を示唆する結果を世界で初めて得た。今年度は、まずナノスケールの強誘電体表面の理論の基礎検討を行った。これにより、様々な条件下で表面電子系が発生する可能性が分かった。これを支持する電気伝導特性を、単結晶と薄膜で検討し一部を論文発表した(掲載予定)。この現象の理解のため、実験を続行中である。また、強誘電体が本質的に半導体的な特性を示す証拠として、極低温の光起電力等の測定を行った(投稿中)。本研究の遂行には、微細加工技術が重要であるが、この技術で特に有用であるイオンビームエッチングの検討を行い。損傷を少なくし且つエッチング効率を高める一般的な実験結果と理論を提出した。本研究の中心課題であるBaTiO_3表面電子系の確認では、低温での実験では従来の結果以上のものは得られなかったが、室温からキュリー点の温度範囲の準超高真空中の表面電気伝導に、特異な温度特性が見出された。さらに、室温大気中の原子力間顕微鏡(AFM)測定では、1格子の原子ステップ像に重畳して、蛇行ストライプパターンが発見された。考察と計算の結果、表面電子系の静電遮蔽効果により可視化された180°ドメインであること結論し、原子分解能をもつ新しいドメイン検出法を提案できることが分かった。

Purpose this study の は strong, high never try の induced に electric pole surface, the nature of に exist す る (= not pure objects such as で な く induced electricity body surface に inherent) electronic phase を determine す る こ と で あ る. こ の た め, strong electricity body (BaTiO_3) lure the atomic に の suppression さ れ た surface の basic features (= 伝 guide features) を ultra high vacuum medium の others more な 雰 囲 気 で determination す る. ま ず, 1 surface に BaTiO_3 lattice ス テ ッ プ の (= the surface grid ま で crystalline を bartender つ こ と す) in を 観 し, そ に の surface when the の shell の is を in stopping す を る results the early で め て た. This year, 検, まずナノスケ, まずナノスケ, 検, <s:1> theoretical <e:1> basis of <s:1> strong inductor surface <e:1> 検 discussion を line った. Under the conditions of <s:1> れによ and 々な, the possibility of で surface electron systems が developing する is が and った respectively. こ れ を support す る electric 気 伝 guide features を, film crystallization 単 と で beg し 検 a を paper 発 table し た (the first white jasmines to decide). <s:1> The phenomenon of <s:1> understanding ため practical experience を続 in practice である. ま た and the nature of strong electricity body が lure に な characteristics of semiconductor を card shown す 拠 と し て, extremely low temperature の light up the electric power line etc. の determination を っ た (contribute). の carries out this study に が は, microfabrication techniques important で あ る が, こ の technologies で に useful で あ る イ オ ン ビ ー ム エ ッ チ ン グ の い beg を 検 line. Less damage を な く し and つ エ ッ チ ン グ sharper rate high を め る general な be 験 results と theory を し た. の center this study topic で あ る BaTiO_3 surface an electronics の confirm で は, low temperature で の be 験 で は 従 to の results above の も の は have ら れ な か っ た が, room temperature か ら キ ュ リ の ー point temperature fan 囲 の quasi の surface in ultra high vacuum electric 気 伝 guide に, specific な temperature characteristic が shows さ れ た. さ ら に, room temperature, large 気 の 顕 between atomic force micro mirror (AFM) measurement で は, 1 grid の atomic ス テ ッ プ like に heavy 畳 し て, crawling ス ト ラ イ プ パ タ ー ン が 発 see さ れ た. Examine の と calculation results, the surface of an electronics の electrostatic shielding unseen fruit に よ り visualization さ れ た 180 ° ド メ イ ン で あ る こ と conclusions し, atomic decomposition can を も つ new し い ド メ イ ン 検 out method proposed を で き る こ と が points か っ た.

项目成果

M.Okano, Y.Watanabe, N.Toyama: "Anomaly in temperature dependence of current voltage characteristics of BaTiO_3 ferroelectric frozen phase"J.Korean Phys.Soc.. (印刷中). (2003)

M.Okano、Y.Watanabe、N.Toyama：“BaTiO_3 铁电冻结相电流电压特性的温度依赖性异常”J.Korean Phys.Soc.（出版中）。

M.Tanamura, H.Kida, Y.Watanabe, N.Toyama: "A NEW APPROACH OF ELEMENT SENSITVE ION BEAM ETCHING BASED ON MASS DEPENDENCE OF SPUTTERING FOR METAL OXIDES"J.Korean Phys.Soc.. (印刷中). (2003)

M.Tanamura、H.Kida、Y.Watanabe、N.Toyama：“基于金属氧化物溅射质量依赖性的元素敏感离子束蚀刻新方法”J.Korean Phys.Soc.（出版中）。 ）

Y.Watanabve, M.Tanamura: "Element Sensitive Atom Beam Etching Based on Projectile Mass"Appl.Surf.Science. (印刷中). (2003)

Y.Watanabve、M.Tanamura：“基于弹丸质量的元素敏感原子束蚀刻”Appl.Surf.Science（出版中）。

渡部: "ナノ強誘電体のサイズ効果とは何か?-極微小化から見る強誘電性基礎-"固体物理. 38・2. 1-14 (2003)

渡边：“纳米铁电体的尺寸效应是什么？-从超小型化看铁电性的基础-”固体物理38・2（2003）。

Y.Watanabe, A.Masuda: "Nano-scale theory of Ferroelectric surface predicting skin-deep quan-tized 2D electron gas"Ferroelectrics. 267. 379-384 (2002)

Y.Watanabe、A.Masuda：“铁电表面纳米尺度理论预测表深量子化二维电子气”铁电体。